危機耐性を高める自重補償構造および倒壊方向制御構造 · 梁高. 1.5m....

Railway Technical Research Institute

危機耐性を高める自重補償構造および倒壊方向制御構造

鉄道地震工学研究センター

地震応答制御研究室

室長豊岡亮洋

1

Railway Technical Research Institute2

（2）自重補償構造による完全崩壊の防止

（1）研究の目的

（3）倒壊方向制御構造による崩壊挙動の制御

（4）まとめと成果の活用

本日の発表本日の発表内容


本日の発表研究の目的

構造物倒壊による人命損失など破滅的シナリオ回避

危機耐性の向上を実現する具体的な構造は？

構造物の完全崩壊を防止する

崩壊挙動を制御して安全に壊す

自重補償構造倒壊方向制御構造

●空間確保により人命損失を回避する●復旧ヤードや重要道路を阻害しないため早期復旧が可能

目的


本日の発表自重補償構造の概要

自重補償柱通常柱

通常柱が破壊後も自重補償柱が鉛直荷重を支持→構造物の崩壊を防止

構造柱（通常柱）とは別に自重補償柱を設ける構造

破滅的な被害（人命損失など）を回避し早期復旧が可能（危機耐性の高い構造）


本日の発表自重補償柱の機能

通常柱が破壊しても「スラブの鉛直荷重」を支持する

●水平方向には（ほぼ）抵抗しない構造とする

• 耐震設計で想定する作用レベルでの振動挙動を大きく変えない• 自重補償柱に損傷を生じさせない

（鉛直支持性能のみを確保すればよい）

スラブと自重補償柱の接触部分はすべり構造→水平力伝達を遮断

鉄板やステンレス

テフロン

自重補償柱

RCスラブ


本日の発表静的載荷試験による効果検証

上載荷重200kN自重補償柱

自重補償柱通常柱（□200×H800）

スラブ

載荷通常柱

通常柱の損傷・・・自重補償柱が鉛直荷重を支持

載荷

高架橋模型と自重補償柱の水平載荷試験：荷重の受け替えを検証


本日の発表静的載荷試験結果


本日の発表静的載荷試験結果試験体の水平変位～鉛直変位履歴

自重補償柱が鉛直荷重を支持し崩壊防止（鉛直変位頭打ち）

-100 -50 0 50 100-10

-5

0

5

10

15

水平変位(mm)

鉛直

変位

(mm)

自重補償柱が機能

耐力を保持

損傷で耐力低下

通常柱のみ（崩壊で鉛直変位増大）

自重補償構造（鉛直変位頭打ち）


-150 -100 -50 0 50 100 150

水平変位(mm)

-150

-100

-50

0

50

100

150

水平

荷重

(kN)

9

本日の発表静的載荷試験結果載荷位置の水平荷重～水平変位履歴

自重補償構造が無い場合には倒壊するレベル（塑性率40以上）でも鉛直荷重を支持して崩壊を防止できることを実証

設計で想定する領域（塑性率8～10程度）

自重補償柱が機能

耐力を保持

損傷で耐力低下

設計の4倍以上の変位でも自重補償柱が崩壊防止


本日の発表静的載荷試験結果

0 1 2 3 4 5

x 104

-400

-300

-200

-100

0

載荷ステップ

鉛直荷重(kN)

自重補償柱に作用する鉛直荷重

耐力低下に伴い自重補償柱に鉛直荷重が移行

-100 0 100

-150

-100

-50

0

50

100

150

水平変位(mm)

水平荷重(kN)


本日の発表実構造への適用を想定した新設構造の試設計梁高1.5m

杭径1m

スパン10m

元構造

常時設計も満足：自重補償柱に鉛直荷重を負担させることが現実的柱とスラブの接触面の摩擦を減らす必要あり

常時：自重補償柱は鉛直荷重を受けない（スラブと非接触）

杭径1.5m

梁高3m

大きな構造変更

スパン10m

自重補償柱

元構造とほぼ同等

梁高1.5m

杭径1m

スパン10m

常時：自重補償柱が鉛直荷重を一部負担（スラブと接触）

自重補償柱


倒壊方向制御構造の概要

仮に構造物に倒壊が生じたとしても倒壊する方向を制御望ましくない方向には倒壊させない（住宅地、緊急輸送道路、復旧ヤード等）

Jim Reasonの概念図を修正Resilience Engineering, CRC Press.

×

居住地域・緊急輸送道路への倒壊を防止

復旧ヤードの確保

××

破滅的な被害（人命損失など）を回避し早期復旧が可能（危機耐性の高い構造）


提案する倒壊方向制御構造

ブロック緩衝材

・ブロックを設置し片方向への変形を拘束する工法・安価なデバイス（鋼やコンクリートのブロック）→高架橋に連続的に設置できる

・ブロックと柱との間には遊間を設ける・耐震設計で想定する損傷挙動（塑性ヒンジ）を阻害しない

高架橋

遊間

接触範囲

塑性ヒンジ区間

スラブ

柱

ブロック詳細

接触範囲


提案する倒壊方向制御構造の機構高架橋

最大耐力点以下の応答

遊間によりブロックは柱を拘束しない（耐震設計で想定する挙動を変えない）

変形方向：左

変形方向：右

柱を拘束

拘束しない

ブロック崩壊に近い領域

遊間


振動台実験による効果検証

●倒壊方向を逆にした2体の試験体を同時加振（L側、R側）●入力波は正負対称：ブロックの効果で倒壊方向が決まる

L側

R側

スラブ

柱（4@□150)

錘(40kN)

スタブ

1200

（相対変位）

（慣性力）

R側L側150(1D

)崩壊まで正弦波で段階加振

(500,750,1500gal・・)

ブロック柱


振動台実験の結果


-100 0 100

水平変位(mm)

-50

0

50

慣性力(kN)

17

振動台実験の結果（スラブ慣性力～変位履歴）

●倒壊方向：L側試験体は左側R側試験体は右側（ほぼ同時に崩壊）

●倒壊形態：柱上下端に4ヒンジが形成されて層崩壊

2Hz-750gal 2Hz-1500gal

左へ進展

右へ進展

変形

拘束

効果を実証-100 0 100

水平変位(mm)

-50

0

50

慣性力(kN)

R側

L側


倒壊方向制御構造を有する柱の耐力・変形性能

正側負側

倒壊方向制御ブロック

変位漸増載荷

鉛直荷重340kN（2.1N/mm2）19

30

-100 0 100

-200

-100

0

100

200

●せん断力増加に伴う柱せん断破壊の防止には配慮が必要（設計時に破壊形態の確認、緩衝材の設置）

●塑性ヒンジ1D区間以外に顕著な損傷は生じない

載荷位置の水平荷重～水平変位

倒壊方向制御構造の導入による耐力や変形性能の変化：静的試験

●終局変位や挙動は柱単体とほぼ同等

変位(mm)荷

重(k

N)

柱単体

ブロック有

接触

1/2.5スケール

1D=400m

m


本日の発表まとめ将来発生が危惧される大規模地震に対して危機耐性を向上させる具体的な構造として自重補償構造と倒壊方向制御構造を提案

自重補償構造倒壊方向制御構造

構造本体柱と別に崩壊時に自重を受け換える自重補償柱を設ける

柱と接触するブロックをスラブやフーチングに設ける

地震時挙動

本体柱の損傷後、自重補償柱がスラブを支持し倒壊を防止することを確認（静的載荷）※地震動作用下でも確認（H30）

ブロックが柱の変形を1方向に拘束し倒壊方向を制御できることを確認※地震動作用下でも確認（H30）

設計上の留意点

新設では常時から自重を受け持たせる必要もある→自重補償柱に過度な水平力が生じないすべり構造とする

せん断力上昇に伴う破壊形態のチェックが必要

（耐力や変形性能は柱単体の場合と大差ない）

今後の検討事項

・既設構造へ対する工法提案・設計例の整備

・ブロックの設計・施工法の整理・崩壊挙動を追跡する応答算定法


本日の発表成果の活用

（3）設計標準への反映H24耐震標準：危機耐性の概念をはじめて明示次期耐震標準：危機耐性を高める具体的な工法例として示す

（1）想定を超える地震にも備える・危機耐性を向上させる具体的な構造として活用（今後設計例を整備）・どこにどのような構造を適用するか？→危機耐性の定量評価法や鉄道地震災害シミュレータにより抽出される弱点箇所、重要道路との交差地点など

（2）安全性を担保する工法として自重補償構造による崩壊の防止→安全性の担保（耐震設計の延長で耐震補強として利用）

本研究の一部は国土交通省の鉄道技術開発費補助金を受けて実施しました本研究の一部は埼玉大学との共同研究の成果を含みます


本日の発表参考文献

豊岡亮洋，室野剛隆，齊藤正人：高架橋の危機耐性を向上させる倒壊方向制御構造の振動台実験、鉄道総研報告Vol.32,No.9,2018.

室野剛隆：時間的・分野的にシームレスな地震対策の実現を目指した技術開発, 鉄道総研報告Vol.31, No.7, 2017.

https://bunken.rtri.or.jp/PDF/cdroms1/0001/2018/0001004448.pdfhttps://bunken.rtri.or.jp/PDF/cdroms1/0001/2017/0001004205.pdf

スライド番号 1スライド番号 2スライド番号 3スライド番号 4スライド番号 5スライド番号 6スライド番号 7スライド番号 8スライド番号 9スライド番号 10スライド番号 11スライド番号 12スライド番号 13スライド番号 14スライド番号 15スライド番号 16スライド番号 17スライド番号 18スライド番号 19スライド番号 20スライド番号 21

危機耐性を高める自重補償構造 および倒壊方向制御構造 · 梁高. 1.5m....

Documents

危機耐性を高める自重補償構造および倒壊方向制御構造 · 梁高. 1.5m....